基于BIM的地鐵車站機電設備運維管理

張 冰

1上海交通大學自動化系；2上海電氣自動化設計研究所有限公司

基于BIM的地鐵車站機電設備運維管理

張 冰12

1上海交通大學自動化系；2上海電氣自動化設計研究所有限公司

本項目以南京地鐵某車站為典型應用，將BIM技術引入到地鐵車站內機電設備的運維過程中，并以此為試點，希望通過BIM技術在本項目的實際應用，將其逐步向其他項目和行業推廣。基于BIM技術的可視化、模擬性特點，為地鐵項目的成本管理、風險控制及現場管理的精細化管理提供參考依據。目前項目的BIM模型、網絡發布和現場總線連接部分已經完成，并投入至現場使用中。

BIM；地鐵車站；機電設備；總線；運維

引言

近年來隨著計算機技術的飛速發展和各種可視化軟件的更新，在工程實踐中越來越多的利用建模手段來實現建筑工程數字化。建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達。

地鐵的機電設備主要分為5大部分，分別是電力、通信、監控、環控、動力保障系統。這5大部分分布在地鐵全線，分布密度最大的是在全線幾十個車站中。每個地鐵車站一般擁有三層至五層的建筑地域，在設備維護過程中具有高集成、高密度、復雜多元化的特點。因此，借助BIM的三維數字特點，結合空間信息特征來提高地鐵車站在機電設備工藝校驗的效率是十分有效的。同時該技術融合了設備位置空間、設備位置和設備特征信息，對運行階段設備維護的效率將產生積極作用。

1 研究的范圍和新特點

本系統具有地鐵車站機電設備建模、地鐵車站機電設備可視化動態維護管理等功能，具體研究內容如下：

1.1 三維場景搭建

根據地鐵車站實際結構設計圖紙，運用主流的建筑BIM建模軟件建立地鐵車站的3D模型，并將各機電設備的3D模型作為一個坐標控件嵌入其中。使用Revit Architecture/3DMax/Solid works建立地鐵車站機電設備的3D模型，同時賦予模型各種屬性信息，包括構件、設備、管線的材質、型號、安裝高度、安裝方式等。最后通過與虛擬仿真平臺的接口實現地鐵車站內部場景及其相關系統設備的自由漫游。

1.2 設備維護仿真

建立設備動態編碼信息，根據具體地鐵車站PLC或I/O服務器接口協議，通過地址轉換，自動獲取動態管理所需的設備信息，進行設備的維護仿真。設備動態管理及維護主要是及時獲取設備運行信息，實現設備運行的累計運行時間統計、工況分析、負荷分析、動態維修提醒、動態維護提醒。

1.3 信息交換及共享平臺

建立設備維護及備品信息等數據庫，同時結合BIM提供的豐富的模型信息，包括實體信息、位置信息、設備信息、安裝信息、運營維護信息、管理信息等，建立信息交換與共享平臺，有效整合項目全過程信息，實現信息在不同環節的無縫集成。

2 系統設計

2.1 三層體系架構

考慮到地鐵車站管理者在空間上的遠距離及使用的方便性，本項目采用B/S模式，用戶使用方便，也可以為設備管理業務提供更好的技術支撐。表示層提供應用程序的用戶界面，用戶要輸入的設備信息及漫游控制等內容由該層輸入。業務邏輯層將設備信息管理、庫存管理、場景驅動、數據分析、通訊管理等的處理緊密結合起來，保持數據的高度一致性和完整性。數據層向外部系統提供數據訪問，各級用戶可以得到相應權限的數據支持。

2.2 系統邏輯結構

系統的總體結構包括：虛擬仿真、設備管理、在線維護和網絡通訊四大模塊，分別實現地鐵車站場景漫游、設備信息管理、安裝維護和通訊功能。

圖1 系統邏輯結構

2.3 系統工作流程

系統工作流程反映了設備維護及管理過程中的數據來源及對數據所進行的處理，直觀的反映了系統的全部功能。通過系統運行積累了設備使用的大量數據，為設備維護工作機管理決策提供更加便捷的工具。

圖2 系統工作流程

3 系統實施

3.1 數據庫系統（如圖3）

3.2 場景漫游搭建

地鐵場景及機電設備的三維漫游為規劃設計地鐵車站機電設備的安裝維護管理提供了依據。首先利用具有文件輸出接口的三維建筑信息建模軟件Revit進行系統相關場景及對象的幾何建模，然后以.fbx等文件格式輸出，最后通過Unity中的數據接口讀取.fbx及數據源文件，并將其轉化為場景組成節點，從而建立系統的三維虛擬場景。

3.3 系統界面

圖3 數據庫ER圖

圖4 設備管理查詢

圖5 車站站廳層概覽

3.4 系統通訊

控制的實際環境是從操作臺的組態軟件發出命令，經由以太網處理傳遞到本系統。本系統接收到從組態軟件發來的控制命令，做出相應的動作，并把本系統當前的部分主要狀態值發還給組態軟件。

4 結束語

利用BIM的可視化、模擬性和可出圖性，將地鐵設備置于BIM的三維地圖中，增加了運維時期的方便性。在設備管理數據庫建立后，在上位機中點擊相關設備就可直接查到設備的靜態和動態特性。使用這套設備管理數據庫，可以降低地鐵運行期間的設備維護管理成本，實現設備數據管理的可視化、智能化。本項目將BIM技術應用于地鐵車站機電設備的安裝及維護過程中，為地鐵機電設備的正常運營提供了必要的輔助支持。

[1]李曉寧.地鐵車站通風空調系統電氣部分節能改造方案分析［J］.工程建設與設計,2014年第4期：64-67.

[2]何壘.地鐵通風空調的節能設計［J］.中華建設,2014年03期: 98-99.

[3]蘇斌,蘇藝,趙雪鋒,王磊.BIM在地鐵站點工程中的應用探索［J］.土木建筑工程信息技術,2013年12月,第5卷第6期:95-100.

張冰（1990-），女，江蘇人，大學本科工學學士，助理工程師，自動化。